灌砂法在公路路基压实度检测中的应用探究

何雨佳

宁夏路桥工程股份有限公司 宁夏 银川 750001

1 灌砂法压实度检测原理

采用灌砂法实施压实度检测主要是将质地均匀、清洁干净的标准砂（粒径为0.25～0.50mm或0.30～0.60mm）从一定高度以自由落体形式下落至试洞内，按其单位重不变的原理将试洞容积测量计算得出，同时以集料含水量为依据将试样实测干密度推算而出，并将其与集料最大干密度（通过室内标准击实试验获取）相比，所得比值便为实测压实度结果。

灌砂法压实度检测一般适用于细粒土、砂类土与砾类土，试样的最大粒径通常不得超过15mm为5～60mm，检测层厚为150～200mm，但不适用于填石路基等有大孔隙或大孔洞材料的压实度检测。

2 灌砂筒的选择

根据《公路路基路面现场测试规程[3]》（JTGE60-2008）的规定，灌砂筒的选择应按下述要求确定：

（1）当D＜15mm（D为试样最大粒径）且h≤150mm（h为检测层厚）时，应选用Φ100mm小型灌砂筒；

（2）当15mm≤D≤40mm且150mm＜h≤200mm时，应选用Φ150mm大型灌砂筒；

（3）当40mm＜D≤60mm（或超过60mm）时，宜选用Φ200mm灌砂筒。

需要注意的是：随着路基压实机具性能的优化与功率的增大，公路路基有效压实厚度已可达250mm甚至更高，但是由于市面灌砂筒多以Φ100mm和Φ150mm规格的为主，因此在工程实际应用中基本为Φ150mm灌砂筒，而其有效检测层厚最大为200mm，此时检测结果便难以真实反映实际压实情况，故此建议选用Φ200mm灌砂筒。

3 灌砂筒装砂量的确定

根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007[1]）的规定，灌砂筒内装砂高度距离筒顶应≤15mm，其原因是装砂高度不同，标准砂下流速度不同，故而使灌入试坑的砂量不同，从而对量砂密度造成影响。此外，灌砂筒内装砂量一旦标定，后期检测过程中应保持不变，因为只要使灌砂筒+标准砂重量为定值（即标准砂自重不变），标准砂便会保持一致的下流速度，从而使砂量准确性得到提升。实践证明：当现场检测过程中灌砂筒内装砂量与标定值保持一定时，可大大提升检测结果的准确性。

4 选点及检测频率

检测频率与检测位置的确定对实际施工指导意义重大。当选点过少或位置不合理时，检测代表性较差，对实际情况反映不客观；而当选点过多时，使检测效率因工作量大、耗时较久而表现低下，间接性影响施工工期。对此，《公路路基施工技术规范[2]》（JTGF10-2006）规定：路基压实度检测频率每层每1000㎡应不少于2两个点（不足1000㎡时检测2个点），必要时可根据实际需要增加检测数量，且检测位置应选择在设计车道内。检测过程中应对各测点进行编号（如K1+500，1#点），以便个别点压实度未达到要求时按编号查找位置。当有某一测点压实度不符合要求时，应在该试坑周围距离坑边5cm处选择2点进行复测，如若2点检测均为合格，则可判定压实度符合要求，认为初次检测结果为人为因素所导致；如若2点检测均不合格，则证明压实度不符合要求，需进行补压或采取其他措施。

5 压实度检测结果的影响因素

5.1 标准砂密度

量砂密度的标定结果如若偏小，试坑换算体积则会增大，最终导致压实度计算结果偏小，反之则偏大。下表1为不同量砂密度对压实度结果的影响。

表1 不同密度标准砂所测压实度对比表

5.2 最大干密度

路基压实度检测所用最大干密度由实验室通过轻、重型击实试验获取，而两种击实试验本质区别在于击实功能，重型击实试验单位击实功能为轻型击实试验的4.5倍，因此对于土质相同的试样，采用重型击实试验所获最大干密度大于轻型击实试验。《公路工程质量检验评定标准[4]》（JTG F80/1-2004）附录B路基、路面压实度评定中规定：路面基层、底基层以及路基压实度检测所用最大干密度应以重型击实试验标准为准。但在实际应用中仍有部分单位因取土量不足或为提升实测压实度计算结果，对土样最大干密度采用轻型击实试验获取，势必会造成压实度计算结果偏大，难以真实反映实际压实情况。下表2为某砂性土分别采用轻、重型击实试验所测最大干密度值，对比可知，轻型击实试验结果相比重型击实试验降低了8.7%。

表2 某砂性土轻、重型击实法所测最大干密度比对表

5.3 开挖填料

（1）若挖坑时用力过猛，使填料飞溅，减少试坑填料的湿质量；或是挖出的试样封装不及时，使试样因水分蒸发（尤其是暴晒天气）而减少湿质量，两种情况均会导致实测压实度偏小。

（2）若坑底松散填料未收集完全，导致湿填料减少、试坑体积变小，实测压实度将偏大。

（3）若试坑开挖上大下小，实测压实度将偏大，反之则偏小。此类偏差主要是由于碾压过程中，上部因压实能量较大而更加密实、下部因压实能量较小而相对松散所导致，因此压实度检测需贯穿整个压实层，且要求坑壁笔直。

5.4 表面平整度

若测点位置表面凹凸不平，当上凸体积大于下凹体积时，将造成实测压实度偏小，反之则偏大。如下图1所示，土密度计算过程中，湿土质量理论对应体积应为图1（a），而灌砂法实测体积却为图1（b），故而使实测体积增大，导致压实度计算值偏小。因此，为保证检测结果客观、真实，需测定并扣除凹凸面耗砂体积。

图1 表面平整度较差试坑开挖前、后纵剖面示意图

5.5 灌砂筒砂面与标定灌深度

量砂密度的标定，当灌砂筒标定深度较小或砂面高度低于规定值时，标定砂密度就会偏小，从而导致实测压实度偏小。

由于量砂下流速度因砂面高度不同而存在差异，因此导致灌入标定灌内的量砂密实程度也不相同，从而对量砂密度造成影响。实践表明，灌砂筒内砂面高度降低5cm，所测量砂密度便会减小约1%，因此量砂密度的标定必须严格控制砂面高度，且在现场检测时灌砂筒装砂高度应与标定高度一致，即砂面距离筒顶15mm；此外，量砂密度标定过程中，标定灌深度应与现场试坑深度保持一致，因为标定灌深度减小2.5cm，量砂密度就会降低约1%。

6 结束语

作为路基压实度现场测定的一种方法，灌砂法检测技术虽然流程简单且易于操作，但在实际应用中人为影响因素较大，检测结果容易产生误差。因此，基于路基压实质量的真实反映，规范灌砂法检测流程，实施标准化检测技术，为压实度检测精度提升的必要条件。